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变频技术在风机、泵类负载节能中的应用摘要：本文通过变频调速在风机、水泵类设备上的应用，阐述了风机、水泵变频调速的节能原理。
介绍了风机、水泵负载对变频器的性能要求。
关键词：变频器；风机、水泵；节能；0.前言我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。
造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。
由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。
因此推广交流变频调速装置效益显著。
1.变频调速节能原理1.1变频节能由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机、水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。
即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。
2.2 功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
变频技术在供水系统中的应用与研究现状作者：陈雪飞来源：《城市建设理论研究》2013年第32期摘要：随着现代工业的发展和人们生活水平的提高，供水系统安全、可靠、稳定地运行越来越受到各行业的关注和重视，如何把先进的变频技术等自动化控制技术应用到供水系统中来解决和保障供水网始末端工作压力的正常运行显得越加关键和重要，本文对变频技术及其原理进行了基本的概述，总结了供水系统中变频器应用的经验，论述了变频调速技术在供水系统应用的现状,对于如何采用先进的变频技术为用户供水，节约水资源，保证供水质量提出了良好的建议。
关键字：供水系统；变频技术；水资源；建议中图分类号：TV674文献标识码：A在供水系统中，当用户依靠传统的改变阀门开度变化来控制用水量，这不仅造成供水压力过大或者不足而难以控制，而且容易造成水资源的浪费和安全隐患问题，在人们生活质量提高的同时，人们的节能意识也不断增强，对供水质量以及供水系统的可靠性和安全性的要求不断提高。
应用由智能微型控制器、变频调速器、保护电路和水泵组构成PLC技术和变频器实现高质量供水的无塔恒压供水系统，根据给水管网压力和供水系统参数的设定灵活自动地调节水泵的流量和水泵运转台数，不仅在有效的解决了资源浪费问题而且使得供水系统稳定性、可靠性、安全性、灵活度达到一个新的台阶。
一、变频恒压供水工作原理所谓的变频恒压供水就是采用 PID 调节技术使得水压恒定在一个设定的范围之内[1]，其工作原理是：如果在变频泵运行到工频50Hz时，实际的供水压力与之前设定的供水压力还存在一定差值时，当前运行的水泵直接切换到工频方式运作，并且启动另外一台水泵并使之以变频方式运行，在系统的运行中，通过PID控制器计算实际压力和设定压力之间的差值并转换变频器输出频率，从而控制水泵机组的运行速度和方式，从而稳定供水系统的供水压力。
这种方式具有恒水压力波动小，经济节能的特点，使供水压力恒定在一个设定范围，其具有恒水压力波动小，节能效果明显。
变频调速水泵数学模型的建模方法及系统随着现代工业的不断发展，水泵作为一种重要的流体输送设备，在各个领域中的应用越来越广泛。
为了提高水泵的效率和降低能耗，变频调速技术被广泛应用于水泵系统中。
而变频调速水泵数学模型的建模方法及系统则成为了实现水泵系统优化控制的关键。
一、变频调速水泵的数学模型水泵的数学模型是指通过数学模型表达出水泵在不同工况下的流量、扬程、效率等特性。
对于变频调速水泵，由于其转速和流量之间的关系是非线性的，因此采用传统的线性模型并不能准确地描述其特性。
为了解决这个问题，可以采用神经网络、小波神经网络、支持向量机等非线性建模方法。
以神经网络为例，可以通过将水泵的输入和输出作为神经网络的输入和输出，利用神经网络的非线性映射能力来建立水泵的数学模型。
神经网络的输入可以包括水泵的转速、电流、电压等，而输出可以包括水泵的流量、扬程、效率等。
在建立神经网络模型时，需要选择合适的网络结构和训练算法，以达到较好的建模效果。
二、变频调速水泵的控制系统变频调速水泵的控制系统是指实现水泵系统优化控制的硬件和软件系统。
其基本结构包括传感器、变频器、控制器和执行器等组成部分。
1. 传感器传感器是控制系统的核心部件之一，通过测量水泵的输入和输出信号，提供反馈信息给控制器，实现对水泵系统的实时控制。
传感器的种类包括流量传感器、压力传感器、温度传感器等。
2. 变频器变频器是变频调速水泵控制系统中的关键设备，通过改变电机的供电频率和电压来实现水泵的调速控制。
变频器的主要参数包括输入电压、输出电压、输出频率、输出电流等。
3. 控制器控制器是控制系统的核心部件之一，利用传感器提供的反馈信息来实现对水泵系统的实时控制。
控制器的种类包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
4. 执行器执行器是控制系统的最终输出部件，通过控制水泵的启停、调速等操作来实现对水泵系统的控制。
执行器的种类包括电磁阀、液压马达、电动执行器等。
三、变频调速水泵的优化控制变频调速水泵的优化控制是指通过调整水泵的运行参数，以实现水泵系统的最优化控制。
企业研究论文变频调速设备在石油化工企业供水系统中的应用随着经济迅速发展，工业企业对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；加之能源紧缺等因素，采用自动控制及通讯技术、节能、适应性强的恒压供水系统发展迅速，在企业的供水系统中得到了广泛应用。
1 变频恒压供水系统的研究现状随着工业自动控制技术、电力电子技术的发展，变频调速产业以及变频恒压供水系统都得到发展。
变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度都得到很大程度的提高。
国内外都非常重视变频器及其相关附属产业的研究。
现在变频器大都实现了PID调节器等硬件集成，功能模块通过设置指令代码，搭载相应的恒压供水单元，系统控制内部接触器实现控制功能。
从现有资料来看，目前国内外对变频调速恒压供水系统的研究中有关水压的闭环控制研究不够充分，有关变频调速恒压供水系统的抗干扰、稳定性等方面还有待进一步研究和探索。
2 系统的工作原理、优点及主要功能2.1 变频调速设备的工作原理变频恒压供水系统主要由电动机、水泵、输水管路、阀门等部分组成。
阀门开度不变是供水系统工作点扬程特性H=f（Qn）前提。
流量Q与扬程H间为反比关系。
管阻特性是指水泵转速恒定为前提，在阀门开度一定情况下，扬程H与流量Q之间的关系H=f（QG）。
扬程曲线和管阻曲线交汇点为供水系统工作点，即图中A点，该点用水流量Qu 和系统供水流量QG相等，系统稳定。
图1供水系统变频调速控制的实质是交流异步电动机的变频调速。
交流异步电动机的变频调速是通过改变施加在电动机定子绕组上的电源频率进而改变电动机的同步转速，最终实现调整电动机运行转速的目的。
交流异步电机的转差率定义为[1]：s=交流异步电动机同步转速定义为：n =交流异步电动机转速计算公式为：n= （1-s）n1：交流异步电动机空载转速；n：交流异步电动机转子转速；f：交流异步电动机电源频率；p：交流异步电动机磁极对数。
供水流量控制方法有出口阀门开度控制、原动机转速控制两种。
变频器在供水领域的应用一、前言随着人们生活的提高，在生活用水方面的要求日益提高，变频恒压供水以起环保，节能和供水质量高等优点在供水行业应用越来越广的到应用，以往的变频恒压供水往往采用可编程控制器（PLC）与变频器组合起来实现控制，但可编程技术含量较高，编程难度大而让人感觉通用性不强。
而采用变频器内置PID （比例微分积分）控制模式可以抛弃可编程调试带来得麻烦，简单易学，调试简单，性能可靠，抗干扰能力强。
二、系统构成与工作原理变频供水系统中我们一般采用以下2种传感器：远传压力表（电阻式传感器可反馈0－5VDC 电压信号）和压力变送器（可反馈4－20ma直流电流信号）来检测管路的压力。
压力设定单元是为用户设定工作所须的系统压力，而变频器是整个供水系统的核心，通过改变电机的工作频率实现电机的无及调速，无波动恒压供水和各项功能。
在一般供水系统中通常有主泵、副泵和备用泵。
下面我们以烟台惠丰电子有限公司F1500－P系列产品来介绍供水系统的工作原理和常遇到的问题和解决方法。
产品采用F1500－P 系列，该系列内置PID控制器，有2个模拟口输入（AN1－GND、AN2－GND）、2路模拟量输出（FM－GND、IM－GND）、2个继电器输出口。
用户可以在线设定工作所需的参数、最高最低频率和继电器的输出口，控制非常方便。
下面我们针对一拖一单泵自动恒压供水、一拖二固定模式自动恒压供水和一拖二轮换式自动恒压供水分别进行介绍。
1.一拖一单泵恒压供水电气控制原理图（见图1）：从中我们可以看到这是较为简单的闭环系统，操作简单。
参数的设置：F400=1 开放PI调节；F401=0 选择压力表类型；F402=0 选择为单泵工作模式；F403=0 选择模式为负反馈。
调试说明：根据现场情况，选择合适的PI调节器，设置好比例（p）,积分(I )常数值 F424，F425 的值和采样周期F426。
根据选择的压力表类型（远传压力表或压力变送器），我们可以选定PI 调节反馈通道（0：AN1通道0－5(10)DCv ；AN2通道0（4）－20ma）。
变频调速技术在水泵控制系统中的应用
摘要： 介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、系统结构及节能效果。系统运行结果表
明：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。
关键词： 变频器 水泵 节能 调速技术
变频调速（ Variable Velocity Variable Frequency 节能技术是一项集现代先进电力电子技 术和计算机技
术于一体的高效节能技术。自 80 年代世界各国将其投入工业应用以来，它显 示出了强劲的竞争力， 其应用
领域也在迅速扩展。 现在凡是可变转速的拖动电机， 只要采用 该项技术就能取得非常显著的节能效果。国
家科委十分重视这一技术的推广工作，已在 19 95 年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。
随着我国工业生产的迅速发展， 电力工业虽然有了长足进步， 但能源的浪费却是相当惊人的。 据有关资料
报导， 我国风机、 水泵、空气压缩机总量约 4200 万台， 装机容量约 1.1 亿千瓦。
但系统实际运行效率仅为 30〜40%，其损耗电能占总发电量的 38%以上。这是由于许多风 机、水泵的拖动电
机处于恒速运转状态， 而生产中的风、 水流量要求处于变工况运行； 还有 许多企业在进行系统设计时，容
量选择得较大，系统匹配不合理，往往是 “大马拉小车 ”，造
成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
1 水泵调速运行的节能原理
图1为水泵调速时的全扬程特性（H — Q）曲线。用阀门控制时，当流量要求从 Q减小到Q
1，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从 R移到R,扬程则从H0上升到
H1 ，运行工况点从 A 点移到 B 点。
N=60f 1-s /p 6
用调速控制时，当流量要求从 Q减小到Q1，由于阻力曲线 R不变，泵的特性取决于转速。 如果把速度从
N100降到N80，运行工况点则从 A点移到C点，扬程从H0下降到H2。 根据离心泵的特性曲线公式：
P = QHr /iKq 1
式中：P――水泵使用工况轴功率（kw
Q 使用工况点的水压或流量
（m3/s ;
H --- 使用工况点的扬程
（m）;
r——输出介质单位体积重量（kg
/m3 ;
n
――用工况点的泵效率（%）。
可求出运行在E点泵的轴功率和C点泵的轴功率分别为：
PE=QlHlf/102 " 2
PC=QlH2f/102 " 3
两者之差为：
Ap=PB-PC = Q1 H1-H2 f/102 ' 4
也就是说，用阀门控制流量时，有 AP功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损
耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，有：
由（5）式可知，流量Q与转速N的一次方成正比；扬程H与转速N的平方成正比；轴功率
P与转速N的立方成正比， 即功率与转速成3
次方的关系下降。 如果不是用关小阀门的方法, 而是把电机转
速降下来， 那么在转运同样流量的情况下， 原来消耗在阀门的功率就可以全避 免，从而获得图1中BC区域
大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：
式中：
f
p——
电机的极
对数；
由(6)式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率f,就可以平滑地改变电动机的同步转 速。电动机转速变
慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调 速的节能作用。
2 水泵变频调速控制系统的设计
变频调速器的控制可以是自动的, 也可以是手动的。 目前, 国内在水泵控制系统中使用变频 调速技术, 大部
分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频 率值, 以达到调速目的。 本水泵
变频调速控制系统设计, 根据工厂生产工艺上所需冷却水供 水要求, 考虑若干方面的因素, 采用闭环调速控
制。 本水泵变频调速控制系统原理框图如图 2所示。
系统主要由四部分组成：
(1) 控制对象：电机功率 100kw，额定电流183A;水泵配用功率100 kw，流量
792
m/h，轴功率 8 0.3 kw，扬程 32.3m
。
(2) 变频调速器：选用FRN110/P9S — 4,适配通用电动机功率110 kw，额定容
量160kVA,额定电流210A。 一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的基本方 法是：变频器额定输出电
流大于1.1倍电动机的额定电流。
⑶压力测量变送器(PT):选用DLK 100 —OA/0 — 1Mpa。用于控制水管出口压 力，并将压力信号变换为4〜
2 0 mA
的标准电信号，再输入调节器。
(4)调节器(PID):选用WP〜D 9 0 5，输入信号4〜20 mA，输出为PID控制 信号4〜2 0mA。
系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出， 并转换成与之相对应的4〜
2
OmA
标准电信号， 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较， 得出偏差。其偏差值由调
节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号， 该信号直接送到变频调速器， 从而使变 频器将输入为
水泵电机的电源频率
(Hz);
3 8OV/5OHZ的交流电变成输出为O〜38OV/O〜4OOHz
连 续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。
3 运行效果分析
水泵电机装上变频调速器后， 节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器节约53%左右
的电能，而且生产工艺稳定。采用变频调速器前后实测的有关数据如表1、表2所示。
从表中数据对比结果分析可知：
(1) 节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消
耗。月平均节约电能3 19 18 kw .h,月平均节电率为5 3%，按目前工业电价O.6 7元/ kw .h计，每月可以
产生直接经济效益2万余元，具有明显的经济效益。
(2) 采用变频调速技术后，电机定子电流下降6 4%，电源频率下降4O%,水泵出水压力 降低5 7%。由(上接第
39
页)
于电机水泵的转速普遍下降, 电机水泵运行状况明显改善, 延长了设备的使用寿命, 降低了 设备的维修费
用。同时,由于变频器启动和调速平稳,减少了对电网的冲击。
(3) 采用变频调速技术后,由于水泵出口阀全开,消除了阀门因节流而产生的噪音,改善了 工人的工作环境。
同时,克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响, 具有显著的社会效益。
(4) 系统采用闭环控制,参数超调波动范围小,偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速 可根据工艺要求自
动调节,控制精度高,能保证生产工艺稳定,提高了产品的质量和产量。
(5) 由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行 的可靠性。
综上所述， 变频调速技术用于水泵控制系统， 具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安 全可靠等优
点。 在大力提倡节约能源的今天， 推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算 机技术于一体的高科技节
能装置， 对于提高劳动生产率、 降低能耗具有重大的现实意义。 以说，变频调速技术是一项利国利民、有
广泛应用前景的高新技术。
